摘要：文中按照当前智能变电厂中交换机使用和管理现况，剖析了变电厂交换机实现在线检测的对象和采集数据及数据处理方式，提出了兼容不同厂家、不同类型交换机私有变量、端口数目跨网路的多设备防阻塞并行采集设计方案，并借此开发了交换机在线检测网路管理程序，实现了变电厂交换机的在线检测应用。
关键词：交换机在线检测；防阻塞并行采集；网路管理
通讯技术是变电厂手动化系统信息传输的基础，所采用的技术必须满足变电厂内通信网路传输时间的要求。在以IEC61850标准为基础实现的智能变电厂中，过程层通信网路传输取样值SV报文和通用变电厂风波GOOSE报文信息关系到二次设备的正确采集、处理及控制输出，影响到一次设备的正确动作和安全运行，信息传输的可靠性、实时性和安全性要求十分高[1]。
按照前述要求，在网路交换机应用方面，常常优先采用性能优越、高可靠性的品牌工业交换机，因是网路核心设备，其可靠性将影响到与网路交换机联接的多个保护设备正常运行，部份现场甚至不惜重金大量采用。在当前应用中，因为缺乏交换机及网路性能的在线检测手段，未能及时得知交换机内部状态、接口通信、网络流量等实时信息，无法发觉交换机和网路的异常迹象、无法预估交换机何时会出现故障而影响系统运行安全。虽由交换机或网路故障导致的保护误动或拒动的情况不多，但从得知的智能变电厂内交换机和网路异常风波看，举办交换机性能及网路实时检测将有助于帮助发觉运行中的潜在缺陷，并及时采取正确地处理举措。针对异常进行改进，达到优化设计、改善性能、减少冗余、简化配置的目标。
1变电厂交换机使用与管理现况1.1交换机的设备配置
为保证过程层信息传输的实时性、可靠性、安全性，在智能变电厂内通常是将站控层和过程层分网传输。而且在过程层网路设备的选用上，只考虑工业级、高性能的可网管交换机，而普通的交换机由于不能实现网管的配置应用，虽然在智能变电厂的站控层中也极少有应用。目前应用较多的交换机品牌有HIRSCHMANN（赫斯曼）、RuggedCom（罗杰康）、MOXA（摩莎）等。
变电厂网路在设计中通常采用双网、或双网双套、或冗余交换机配置，当一个网路出现故障时，借助另一网路的投入保证网路的可靠运行。
1.2交换机的管理方法
（1）并口管理：通过并口线，主机与交换机提供的菜单控制台界面或命令行界面进行交互操作。
（2）Web管理：在主机浏览器中输入交换机管理IP访问，但部份网管交换机不支持Web管理。
（3）网管软件管理：通过局域网，借助主机上安装的网管软件访问交换机。网管软件有通用型和厂家为自身产品订制的专用型网管软件，如赫斯曼公司的Hivision、思科公司的Ciscoworks、华为3Com的IMC等软件均为专用型。
1.3交换机的管理现况
通常按网路规模、设备配置和数据传输要求，采用报文过滤、环网冗余技术配置交换机；运行中按照网路或交换机设备是否有异常，检测设备状态或调阅故障信息剖析；缺陷处理或网路设备校准时，使用工具软件查看内部状态信息或针对故障查找设备内部缺陷[2]。
2变电厂交换机网路管理剖析
目前的网路管理方式是一种被动的管理策略，常常等缺陷曝露后才会发觉问题，易对系统运行导致不利的影响。本文提出采用一种主动的管理方式即实现对交换机运行状态、网络通信流量等信息的采集，构建对交换机的在线检测，通过对数据的剖析处理，判断是否存在网路异常或故障、分析定位故障发生的设备节点或造成缺陷的原因，及时提醒监控运行维护人员采取主动处理举措的管理方法，防范因设备截瘫或网路缺陷而导致的车祸。
2.1检测对象
依据ISO/IEC7498-4中的定义，网路管理的功能主要分故障管理、计费管理、配置管理、性能管理、安全管理5个方面。而变电厂交换机网路管理从网路性能检测、交换机状态检测角度采集信息，通过剖析处理，实时获取交换机和网路性能的状态，注重性能管理、故障管理。诸如通过对通信数据处理可获得：带宽占用率高、流量突变、通讯异常等信息。
（1）网路性能检测的信息：交换机端口通信联接状态、输入输出流量、带宽占用率、输入丢包率、输入错误率，输出丢包率、输出错误率。
（2）交换机性能检测信息：CPU负荷率、内存借助率、内部模块自检状态、电源工作状态、工作体温、交换机吊扇状态，交换机重启（故障或失电造成）及其他自定义异常风波。
2.2采集信息
上述须要检测的信息坐落交换机信息库MIB中，通过仔细剖析MIB的数据储存结构，发觉变电厂交换机性能检测的信息主要分布在：端口通信变量、系统信息变量、内部状态变量、及故障异常变量等部份[3]。
（1）端口通信信息。坐落交换机MIB库的Interfaces子节点下ifTable的表对象中，对象标示OID为1.3.6.1.2.1.2，这部份包含：端口通常信息，如标记ifIndex、描述ifDescr、类型ifType、速率ifSpeed；端口状态信息，如端口管理状态up或down，端口工作状态linkup或linkdown；端口流量信息，如输入和输出流量的累计数据。
（2）系统信息。坐落交换机MIB库中的System子节点下，OID为1.3.6.1.2.1.1，这部份富含：交换机描述、交换机ID、交换机上电时间等信息。如按照上电时间可发觉交换机是否有宕机或失电现象。
（3）内部状态信息。坐落MIB库中的private.enterprises子节点下，OID为1.3.6.1.4.1，这部份为厂家私有MIB信息，须要关注的部份内部信息有：交换机系统时间、程序版本、电源状态，交换机体温、CPU负荷率、风扇工作状态等信息。因为是设备的内部专有信息，需通过厂商的技术资料能够进行剖析。
（4）trap风波信息。交换机的故障异常信息通常通过trap命令由网管交换机主动发给管理主机，SNMPv1合同中描述部份故障异常信息：交换机重启、端口通信中断与恢复、及交换机自定义故障异常风波。
2.3通信数据处理
前述端口通信信息为统计数据，须要处理才可以获得网路性能的指标信息。如通过2次协程的数据减去协程间隔时间，则可得到一段时间的流量信息[4，5]。与网路通信相关的统计指标有：
（1）端口流量。以2次采集的输入/出字节数之差反映一段时间内端口流量：
长春市区河堤主要疏浚方法为传统工程疏浚，尽管有着立竿见影、施工方案方便、成本低的优势，而且也面临不少问题。
（2）端口带宽占用率。以端口速度和流量获得一段时间带宽占用率：
式（4）中：Spt为端口速度。
（3）端口通信包数。反应一段时间内的数据包数：
式（5）中：ΔPin，ΔPiu，ΔPinu为输入包数、输入时隙包数、输入非时隙包数，同样可获得输出包数。
（4）端口错误率。反应一段时间内的数据包的出错率：
式（6）中：ΔEin为输入错误包，同样可获得输出错误率。
（5）端口丢包率。反应一段时间内的数据包的丢包率：
式（7）中：ΔDin为输入丢包数，同样可获得输出丢包率。
2.4交换机信息处理
按照采集的交换机信息及设定的异常阀值处理，判定硬件设备的异常，如电源异常、温度高异常、CPU借助率、内存占用率高异常等指标信息均是交换机设备异常的反映。
（1）获取时间信息。采集获取交换机的上电时间是自上电后运行至当前时间的累计，不能直观反应上电时刻，可通过下式获得：
式（8）中：Tup为上电时间；Tdev为交换机时间；Tsec为交换机上电的秒数。
交换机端口变位时间是相对系统启动时间的10ms数据，通过下式获得端口连断时间：
式（9）中：Tpt为端口连/断时间；Tlc为端口变位时间。
如交换机时间与当前时间相差较大，则应以当前时间做根据，否则难以确切得知端口变位时刻。
2.5信息处理及告警上传
整站交换机的检测信息量已不少，如不筛选信息来上传，过多的告警将使运行人员判别处理困难，无法分辨真实的异常。应用采集到的数据进一步处理，以设备告警信息、设定阀值越限来判断是否形成网路异常或故障、通过剖析定位故障发生的环节，以状态信息或告警风波向管理人员或变电厂监控系统发送，提醒运行人员采取主动的处理举措。由交换机在线检测系统（或监控软件）筛选处理后需上传的信息如表1所示。
表1交换机监控上传信息
3变电厂交换机检测管理设计
变电厂实际使用中的交换机由不同厂家、端口数目不一、多个不同构架的网路组成，站内统一检测需能实现上述全部设备的状态监视，同时含才能对采集数据剖析处理、事件或日志查询等网路管理应用须要，构建的变电厂交换机网路管理系统具备以下功能模块：交换机配置管理、通讯采集、数据处理、状态和数据监视、告警风波、日志或数据查询等模块，如图1所示。
图1交换机检测功能模块
（1）交换机配置管理模块。针对满足不同交换机类型、不同厂家、不同插口数目、不同插口设备、不同网路结构的交换机进行配置管理的须要，构建交换机统一配置管理模块，主要实现交换机类型管理、交换机所在网路管理、交换机通信信息采集管理、接口数目及不同插口设备的属性管理、实现不同交换机MIB对象信息管理，非常是交换机厂家私有变量信息的管理。
（2）SNMP通信模块。交换机的信息均通过SNMP协程和trap风波采集获得，通信采集时需兼具多台设备的同时通信及阻塞等问题，因而需为每台受监控的交换机构建“轮询+trap”的独立线程管理，使交换机的采集通信互相独立，互不影响，保证了信息采集的实时性。实现方式是启动交换机通信采集时创建线程，停止采集时关掉创建的线程。
（3）采集数据处理模块。按照采集的交换机系统信息、端口流量数据、内部状态信息进行处理，获得与网路通信相关的统计指标、与交换机设备异常相关的风波告警、超限告警信息，输出可直接观测和易于理解的信息。
（4）数据图形显示模块。将交换机的采集数据、处理后的数据、告警信息风波分类进行显示，以数据及表格、状态图、趋势图、告警风波等方法进行展示。
（5）状态数据输出模块。对处理后的交换机及端口信息，构建监控信息上传表，实现告警数据上传，以便实现监控统一管理。支持以IEC61850MMS或IEC104合同输出。输出的每台交换机状态信息数据可查询、可监视。
（6）告警输出模块。对所有的操作、通讯风波提供带时标的详尽告警信息，并按类别、分窗口显示，告警风波按构建的日志文件可实现多条风波的手动实现储存，可控制储存文件大小、和控制日志文件保存的天数。输出的告警风波文件可便捷查看。告警风波支持选中消除。
4变电厂交换机在线检测实现4.1变电厂交换机检测系统介绍
按照前述交换机检测剖析设计，基于VS2005开发套件开发了以SNMP通信合同实现信息采集、支持多个厂家、不同机型交换机设备、可实现变电厂内多台交换机的同时网管在线检测软件。依据变电厂交换机在线检测的须要，为交换机检测配备了专用的变电厂网路在线检测设备，检测设备具有丰富的网路插口和强悍的功能，支持多路以太网和光纤的接入，可实现变电厂内多个不同网路的同时接入检测，避开了不同网路的级联。检测的交换机数目和网路均可通过配置实现，检测软件可适用于任意规模的变电厂交换机的在线检测，具有通用性。
鉴于变电厂内监控设备的丰富及另安装专用检测设备的麻烦，本检测程序也可运行于基于Windows平台的变电厂监控后台，或网路报文记录剖析装置中。也可作为一个网路状态的检测剖析工具，在现场用调试电脑进行交换机实时状态信息的检测维护。
程序采用多线程防阻塞的设计方案，为每台交换机创建独有的“SNMP寻址+SNMPtrap”通讯线程，控制交换机MIB信息数据采集，避开了单台交换机管理通信中断造成的阻塞问题，保证了数据采集、程序处理的实时性和确切性，同时监控上传信息的通信也采用独立的线程进行管理。程序采用多文档框架窗口设计，每台交换机画面由单独子框架窗口管理，子框架视图采用多画面分类显示采集信息、处理信息、告警状态、输出讯号，并根据告警信息类型实现分类管理和综合储存，便捷查看。支持交换机插口界面的自适应布置，可实现显示界面的端口布局与实际设备一致。
4.2变电厂交换机检测应用
本项目在苏南某110kV智能变电厂现场实现了交换机的检测接入，共有站控层3台和过程层2台交换机在运行中实现了检测。现场1台过程层交换机的联接检测的端口数据、流量等变化状态信息如图2、图3所示。
图2某一时刻交换机端口数据
图3交换机检测的端口流量
图2中显示交换机自上电运行以来16个端口各自的接收（Rx）和发送（Tx）数据字节数，纵座标为兆字节数（MB），横座标为端口标记。
图3显示在检测的1000s时间内的流量结果，端口1的平均输入流量为5.3kB、输出流量为2.0kB、端口总流量＜8kB，带宽占用率为0.06%（＜0.1%）。
通过现场的实际检测，发觉现场运行的交换机存在以下问题：
（1）交换机运行时间较短，且多台交换机上电时间一致，判定为设备在运行中曾发生过错电，可能存在直流电源异常，或误操作。
（2）按照检测端口的上电时间信息，得知某些端口联接设备存在通信中断现象，需进一步排查。
（3）某些交换机的时间不确切，需进行对时。
交换机端口通信及内部状态检测显示站控层交换机和过程层GOOSE交换机的端口数据流量均较小，交换机性能显示正常，变电厂的交换机设置和配置未发觉缺陷。
5结束语
虽然目前变电厂内采用的交换机可靠性高、出现异常的机率低，但未能彻底杜绝存在的运行风险，通过本项目的举办可以初步把握变电厂网路交换机运行中存在的问题，为今后改进网路设计、提高网路性能、规避网路风险提供一种有益的工具。
